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芳烃是重要的有机化工原料,其大规模生产是由芳烃联合装置来实现的。芳烃生产从原料到最终产品要经历催化裂化、加氢精制、催化重整到芳烃抽提等的一系列工艺转化过程,每个工艺过程又是在相对独立的装置中进行的。除上述主要工艺过程外,芳烃生产还涉及一些辅助工艺如制氢,芳烃联合装置是由这众多装置所组成的复杂系统。这些工艺过程在消耗大量能量的同时也排放大量的废弃物。对芳烃联合装置进行过程优化以减少其能量消耗和环境污染的排放具有重要的理论研究意义和工业指导价值。本研究选择芳烃联合装置中三个关键装置：制氢装置、芳烃抽提装置及催化重整装置为研究对象,从能量消耗、产品质量及环境影响3个角度进行过程优化研究。对每一个研究对象,首先基于实际的工业生产数据进行流程模拟,然后在流程模拟的基础上,综合运用焖分析、数学规划和数理统计等方法对对象进行分析和综合,探究了其在能量利用、物流消耗及产品质量与操作条件关系等方面的规律性。本论文以上述3个关键装置为研究对象并围绕3个主要科学问题而展开,包括：(1)系统效率与子系统效率之间的关系；(2)多目标优化问题的求解；(3)产品间能耗的分摊比率。同时,对3个研究对象的过程优化研究,也构成了本论文的3个主要部分：第一,对制氢装置采用(?)分析的方法从能量消耗和环境影响两个角度对天然气蒸汽重整工艺(SMR)进行了考察。计算了基准状况下SMR的系统效率、单位产品碳排放及各子单元的(?)损失。变量分析的结果表明,最优水碳比随着重整温度的升高而下降,且系统效率最高的操作点均出现在临界点附近。(?)负荷分布分析的结果表明SMR系统效率主要受燃烧炉效率的制约,提高系统效率最根本的途径在于提高燃烧炉效率而不增加其相对负荷。同时对富氧燃烧(OEC)在SMR中的运用进行了考察,结果表明当SMR在其临界点以上操作时采用OEC时可以提高系统效率,否则可能会降低系统效率。第二,对芳烃抽提装置选择抽提塔塔顶抽出量、回收塔通蒸汽量及苯塔塔顶返回量为操作变量,建立了以最大化产品纯度与最小化过程能耗为目标的多目标优化模型。基于流程模拟结果,采用响应面分析方法得到了芳烃抽提过程的纯度模型与能耗模型。为求解多目标优化模型,提出了改进的自适应加权求和算法。新算法在最优解分别的均匀性上相当,但在求解效率上有了显著的改进。采用改进的自适应加权求和算法对优化问题进行了求解,得到了不同产品等级下的最佳操作参数。优化结果与工厂现有操作条件的对比表明,应适当降低抽提塔塔顶抽出量而增加回收塔通蒸汽量及苯塔塔顶返回量。第三,对催化重整装置选用ASPEN Hysys中的"Catalytic Reformer"模块建立了催化重整反应部分的流程模拟,并以此为基础考察了四段反应进口温度对过程能耗、碳排放以及重整过程液收率、产氢量、氢气纯度、芳烃产率、重整油辛烷值和催化剂结焦量的影响。提出了以在特定操作条件下产品的收益值与其参比值的比值为基准的动态能耗划分方法。分别选择第4段反应器进口温度为480℃,520℃及530℃为参比状态对过程能耗进行划分。同时,副产氢分别按质量和低燃烧热值参与划分,而重整油则分别以按质量、低燃烧热值、辛烷值及芳烃参量参与划分。用动态能耗划分法所得结果与一般方法相比,能更为合理地计算单个产品的能量消耗及相应的废弃物排放。